对比气阻训练和传统器械训练对提高老年人肌肉力量的作用

摘要：

（一）目的：力量训练已被证明比传统抗阻训练能更有效地改善老年人的身体机能。虽然大多数实验在训练中使用气阻器械，但考虑到大众接触到传统负载器械较多，将通过实验对比两者进行动力性训练的有效性和安全性。

（二）方法：把60岁以上能自理的老年人随机分为两组:气动机器(PN = 19)和平板负载机器(PL，n = 17)。在每周2次共12周高速训练后，使用意向治疗方法对各组进行分析。通过线性传感器测量下肢功率和使用药球投掷测量的上肢功率得出主要结果。其他结果通过上身和下身肌肉力量测试、机体功能评估法(PPB)、加仑罐测试等测试得出。结果评估者不了解成员分组。

（三）结果：两组的下半身力量明显改善(PN:19%，PL: 31%)，组间无显著差异(Cohen’s d=0.4,95% CI(1.1，0.3))。上身力量仅在PL组显著改善，但两组之间没有显著差异(PN:3%，PL: 6%)。对于平衡，组之间有显著差异(d = 0.7，95%CI(0.1，1.4))；然而，在PPB、加仑罐转移、肌肉力量测试等方面，各组之间没有统计学上的显著差异。两组均未发现危险事件。

（四）结论：气动和平板负载机器在改善老年人的下半身力量和身体机能方面是有效的。结果表明，老年人可以安全有效地使用气动或平板负载机器进行力量训练。

介绍：即使没有明显的疾病，衰老也会导致肌肉质量和肌肉力量逐渐下降。肌肉含量逐渐下降会导致身体独立性的丧失、跌倒概率的增加、生活质量的降低、医疗费用的增加和预期寿命的降低。据估计，20-30%居住在社区的老年人报告行动不便，日常生活活动(IADL)和基本活动(BADL)有障碍。

在过去的二十年里，肌肉力量作为老龄人口身体机能的一个重要决定因素变得越来越突出。在衰老过程中，肌肉力量下降的速度比肌肉质量下降的速度要快，并且与身体机能的关联比肌肉力量或肌肉质量更强。力量训练，通常被称为高速阻力训练，其特征是使用由中到高负荷的快速向心阶段(肌肉缩短)，然后是较慢的离心阶段(肌肉延长)。多项系统综述分析表明，力量训练可能比传统的阻力训练更有利于改善老年人的力量和功能。

急性运动条件表明，气动机器在检查某些神经肌肉变量时优于标准平板负载机器。例如，Napoli等人表明，当使用肌电图小波分析时，气动机器上的功率训练在离心和向心收缩期间比在腿部伸展运动期间加载板的机器诱发更大的EMG能量。Peltonen等人表明，与标准的平板负载机器相比，气动机器产生的外周和中枢疲劳水平较低。这些结果表明，气动机器在改善老年人的表现方面可能优于板式机器。然而，据我们所知，没有长期研究比较使用气动和标准阻力训练机的力量训练对老年人力量、身体功能和不良影响的影响。

鉴于力量训练对老年人的益处，以及比较气动和平板负载机器力量训练的研究很少，本研究的目的是评估与气动机器相比，平板负载高速训练在力量、身体机能和不良影响方面的变化。我们假设气动机器训练在增加力量 爆发力、身体功能、日常生活活动和自我报告功能方面将优于平板负载机器训练，而平板负载机器训练将在肌肉力量方面产生更大的改善。

1. 材料与方法

1.1研究设计

该研究采用为期12周的随机、对照、单盲设计，评估独居老年人的神经肌肉表现、身体成分和日常活动功能。图1显示了研究的流程图。

图1参与者流程图

1.2参与者

参与者是通过传单、广告、内部数据库等方式招募的。纳入标准是志愿者年龄应在60-90岁之间，能自理，在过去的六个月中没有定期参加结构化锻炼计划，计划在研究期间居住在该地区，能够用英语交流和阅读。排除标准包括会影响平衡的神经障碍、严重认知障碍，严重的肌肉骨骼损伤，受试者报告的慢性疾病状态不稳定、重度抑郁症、严重前庭问题、严重直立性低血压、同时使用心血管、精神和抗抑郁药物，以及积极参与抵抗或平衡训练计划。该方案得到了大学机构审查委员会的批准，所有参与者在参与前都签署了知情同意书。

使用计算机生成的随机列表，参与者根据绝对下半身力量以1:1的比例进行分层，随机分组大小为2、4或6，分为平板负荷(PL)或气动(PN)训练组。

1.3干预

训练为期12周，参与者每周进行2次全身锻炼。在随机分组后和训练开始前，通过在10分制的感知用力等级量表，从而确定训练负荷。在为期12周的训练期间，参与者经历了2周的准备阶段，在此期间，训练量从1组逐渐增加到3组。随后，每次训练开始时，在上身和下身两台多关节机器上以50%的负荷进行1组热身，重复8-10次。训练的强度、量和进度基于美国运动医学学院推荐的当前阻力训练指南。

强度范围控制在0-10的自我感觉疲劳等级的中等强度(6-8)或3组10次重复的量；

参与者尽可能快地完成每个练习的向心阶段，并在2秒内完成离心阶段；

当参与者可以适当的形式进行3组10次重复，同时报告RPE < 6时，负荷增加了5%至10%；

八周后，重复次数减少到8次，而不是10次；

最后几周的负荷分期(强度增加和量减少)确保了整个研究期间的进展；

在两组之间提供一分钟的恢复；并且，两组对主要肌肉群进行了5次下肢和6次上肢锻炼，目标是附录中表A.1所示的主要肌肉群

PL组使用传统的平板负荷机进行所有的练习，而PN使用气动机器进行所有练习。两组都进行了针对相同肌肉群的锻炼，每节课结束时都有5分钟的放松时间，包括伸展运动和轻度健身操。训练至少两名训练监督员。所有的教练员都是运动生理学专业的学生，他们在研究开始前接受了全面的培训。

1.4主要结果

1.4.1上肢和下肢力量测试

使用线性传感器的椅架用于评估下肢峰值功率。5次椅座的最高峰值功率用于统计分析，之间休息1分钟。

坐位药球投掷试验用于评估上肢力量。该测试已被证明是有效、可靠和安全的，可用于测量老年人的上肢力量。分数是参与者在不弯曲躯干的情况下推3公斤球的水平距离。选择椅架和药球投掷作为上肢和下肢肌肉力量的测试，而不是气动或平板负载的胸部或腿部压力机，因为在这两种机器可能偏向于训练期间使用的机器。

1.5次要结果

1.5.1身体机能测试

体能状况量表(PPB)被选为检测性能变化，因为它是专门为功能良好的老年人设计的。量表包括平衡(并脚、半前后脚和前后脚站立)、五次椅上坐-站、正常步态速度和窄步行。PPB通过增加更具挑战性的任务、单腿站立和狭窄步行，修改了一个既定的模式，即简易机体功能评估(SPPB)。

1.5.2上身和下身肌肉力量

30秒手臂弯举是对上半身肌肉力量的一般测量。得分是在30秒内通过全范围运动完成的手臂卷曲总数(女性5磅哑铃，男性8磅哑铃)。

30s椅站用于测量下身肌肉力量。研究表明，椅站性能与下身肌肉力量的其他指标(膝盖伸肌力量、膝盖屈肌力量和1RM腿部压力肌肉力量)以及功能性指标(如爬楼梯速度、步行速度和跌倒风险)有很好的相关性。这个分数是一个人从坐姿上升到站姿而不用手臂推开的总次数。

1.5.3. 日常生活活动

定时起身跑(TUG)是一项评估动态平衡、跌倒风险和敏捷性的测试。它与伯格平衡评分(r = 0.81)、步态速度(r = 0.60)和日常生活能力的Barthel指数(r = 0.78)有很好的相关性。进行了两次实验，取时间较短得一次。

加仑罐货架转移测试旨在模拟日常生活中的一项重要活动，即转移一个中等重量的物体。该测试已被证明是有效的，可靠的，并在老年人群的反应。每个参与者被要求尽可能快地将五个1加仑的罐子从参与者髌骨对齐的较低架子转移到位于参与者肩膀顶部的较高架子上。两次试验之间有1分钟的休息。

1.5.4. 自报身体功能问卷

众所周知，自我报告评估和身体机能表现评估是两个截然不同但又相辅相成的概念，两者各有利弊。患者报告结果测量信息系统(PROMIS)身体功能问卷使用项目反应理论(IRT)和计算机辅助测试(CAT)来提高精度和质量，并已被证明在大样本普通人群中是可靠和有效的。此外，一个新颖的在线视频问卷被用来评估参与者的身体机能。问卷调查是用我们实验室的电脑进行的。

1.5.5. 感觉用力等级

已经对全身和活动肌肉的感觉用力等级进行了评估，以跟踪阻力训练进展并规定训练强度。OMNI(综合)量表包括特定模式的图片、数字评分和相应的口头描述，它们沿着逐渐增加的强度梯度分布，从而使量表更容易解释。在每个参与者冷静下来后和每次运动后，记录他们的感觉努力评分，以跟踪体重的增长。

1.5.6. 不良反应

在报告体力活动干预的试验结果时，不良事件的报告基于美国国立卫生研究院行为改变联盟(BCC)建议的四种类型的事件(跌倒、心血管相关事件、肌肉骨骼相关事件和医疗保健)。由于阻力训练研究中的大多数不良事件本质上都是肌肉骨骼事件，因此我们选择进一步完善BCC报告的肌肉骨骼事件的严重程度分类。

1.6数据分析

协方差分析(ANCOVA)用于检查组间差异，使用基线值作为协变量。所有的显著性检验都是双尾的，需要0.05的α水平进行显著性检验。使用意向治疗方法(ITT)分析数据，其中参与者根据随机分配进行分组。调整后的平均值和作为标准化者的集合标准差被用来计算Cohen’s d。所有的统计分析都是使用SPSS。

对于下身力量的主要结果，选择0.8的效应大小来计算样本量。据我们所知，在健康的老年人中，没有临床上有意义的断电报告。考虑到气动机器的成本和特殊要求，较大的效果差异只能证明气动机器的使用是合理的。因此，基于5%的双侧显著性水平和80%的功效，每组需要26个样本。在我们之前的研究中，通过比较功能变量，前测和后测之间的相关系数为0.80，我们对ANCOVA应用了“设计因子(校正因子)”。 使用ANCOVA提高了估计的精度，并大大降低了样本量要求。使用校正因子后，样本量减少到每组16个。考虑到10%的不确定性，我们实验室对这类研究的保守估计，计算出的最终样本量为每组18个。

2. 结果

如图1所示，招募36名受试者，并随机分为两组:气动组(PN)19名，平板负荷组(PL)17名。各组的基线特征相似，如表1所示。

PPB:机体功能评估；MMSE:小型精神状态检查。除非另有说明，数值均为平均值±标准差

2.1坚持干预

PN的干预依从性为84%(标准差，16%)，PL组为87%(标准差，10%)。

2.2.不良事件

如附录表A.2所示，在任何类别中都没有严重的不良事件。所有事件都被报告为可能与干预相关或不相关，肌肉骨骼事件是最常见的。

2.3.主要结果

上身和下身峰值功率的结果如表2所示。椅座峰值功率组间无显著差异(MD = 113.7W，95%置信区间(-293，65)；p = 0.21)；然而，有一个小的效应大小(d = 0.4，95%置信区间(-1.1，0.3))有利于PL组。对峰值功率的未调整平均值的分析没有改变结果，再次显示出较小的影响大小(d = 0.4，95%置信区间(-1.0，0.3)，p = 0.46)。P组(d = 0.7，p = 0.007)和PL组(d = 0.9，p = 0.001)均有改善。PN示峰值功率增加了174W(19%)，而PL显示增加了287W(31%)。

对于药球投掷，各组之间没有显著差异(MD = 0.1，95%置信区间(-0.3，0.1)；p = 0.35)。对于组内变化，PN(0.1，p = 0.18)显示无明显改善，而PL (d = 0.2，p = 0.001)确实有明显改善。PN加了0.1m(3%)；而PL显示增加了0.2m(6%)。使用每个方案的分析来估计接受治疗的效果并没有改变表A.3中附录所示的结果。

PPB:物理性能电池；RPE:感知努力的比率；患者报告结果测量信息系统。绝对组间差异、科恩d值、p值和95%置信区间(CI)来自协方差分析，根据基线水平进行调整。d = 0.80或更大的效果被认为是大的，0.50到0.79被认为是中等的，0.20到0.49被认为是小的。仅报告效果大小等于或大于0.2。⁎p < 0.05

2.4.次要结果

2.4.1.肌肉力量

次要结果的结果也显示在表2中。分别使用30秒手臂弯举和30秒椅架测试评估的上身和下身肌肉力量显示，各组之间没有显著差异。然而，两个手臂卷曲(d = 0.3，95%置信区间(-0.9，0.4)，p = 0.33)和椅座d = 0.2，95%置信区间(-0.8，0.5)，p = 0.5显示出有利于PL组的小效果尺寸。对于组内手臂弯举的改善，PN(d = 0.9，p < 0.001)和PL (d = 1.4，p < 0.001)均显示出显著的改善。对于30秒的椅架，PN(= 0.9，p < 0.001)和PL (d = 0.9，p < 0.001)都显示出显著的组内改善。

2.4.2.机体功能评估(PPB)

PPB显示两组之间没有显著差异，对于组内的变化，PN(d = 1.2，p < 0.001)和PL (d = 0.8，p < 0.001)都显示出显著的改善。就PPB的组成部分而言，总体平衡显示，与损益相比，有利于PN的效应大小具有统计学意义且中等(d = 0.7，95%置信区间(-0.6，1.4)，p = 0.004)。正常、狭窄的步行和5个椅架显示两组之间没有显著差异。

2.4.3.日常生活活动（ADL）

对于日常生活能力，组间没有显著差异。对于组内变化，PN(d = 0.5，p = 0.001)和PL (d = 0.7，p < 0.001)以及TUG PN (d = 0.5，p < 0.001)和PL (d = 0.8，p = 0.001)的加仑罐转移显示出显著的改善。对于使用PROMIS和在线视频问卷的自我报告功能分析，两组之间没有显著差异。对于组内变化，只有PL组在视频问卷中显示出显著改善(d = 0.7，p = 0.02)。

2.4.4.肌肉力量和力量的训练变化

组间分析显示，胸部按压(MD = 1.0，95%置信区间(-8，10))和腿部按压(MD = 5.0，95%置信区间(-28，38))在整个训练期间没有显著差异。PN组的每周功率变化见附录图A.1。腿部按压和胸部按压从第3周到第12周的平均功率增加分别为228 W ±80.8，p < 0.001和48 W± 20.3，p = 0.01。只能在气动机器上跟踪功率的增长，因为这些机器配备了传感器来评估功率。腿部按压跟踪的平均自感疲劳(Pn:5.7±0.31；PL:5.7±0.23)和用于胸部按压(Pn:5.9±0.31；PL:5.8±0.36)在12周的持续时间内，建议按照预期进行适度的努力。此外，自感疲劳在两组之间没有显著差异。

3. 讨论

这项研究表明，经过12周的力量或高速训练后，使用PN和PL机器产生的力量增加没有显著差异。据我们所知，这是第一次尝试比较PN和传统PL机器在提高功率和物理功能方面的有效性。

对于较低身体峰值功率的主要结果，PN组显示出19%的显著增加，而PL显示出31%的显著增加。这些结果与其他力量训练研究中报道的结果一致。持续16周或更长时间的研究显示，功率大幅增加，从50%到98%不等。然而，与当前研究类似，大多数短期(12-15周)研究显示功率变化在10%到41%之间。这些研究使用气动和平板负载机器进行训练。值得注意的是，这些力量训练研究大多使用训练干预期间使用的相同腿部按压或腿部伸展机器来测量力量。与特异性理论一致的是，显示力量改善最少的研究，范围从8%到22%，使用了不属于训练干预的测试。例如，使用反向运动跳跃(CMJ)作为下半身力量测量的研究，同时使用平板负载机器进行干预，报告力量增加了17.5%至22%。同样，一项使用椅座测量力量和平板负载训练机器的研究显示，力量增加了10%。目前的研究使用机器进行训练，并使用不属于干预范围的练习测试力量。因此，当前研究中观察到的力量改善与使用类似训练和测试模式的其他力量训练研究相似。

对于通过药球投掷测量的上身力量，PN增加3%，而PL组显示显著的6%增加。两项研究报告了医药球投掷的增加，从15%到21%不等。然而，这些研究将药球投掷作为干预措施的一部分，这使人怀疑这种大幅度增加是否是利用训练作为测试工具的结果。如附录图A.1所示，10周的力量训练改善为举腿228 W，推胸48 W。这类似于之前在我们实验室进行的为期10周的训练(举腿:205W，推胸:37W)。同样地，Feilding等人在10周内显示出类似的277 W的腿举训练功率的增加。

肌肉力量，通过30秒的椅站和手臂弯举测试来测量，显示两组之间没有统计学上的显著差异；但是，两组30秒的椅站都有显著的组内改善(PN= 17.4%；PL = 21.4%)和手臂弯举(PN= 17.7%，PL = 24.1%)。报告称，在为期12周的研究后，椅子支架增加了21%,而Correa等人观察到，在为期6周的干预中，改善了8%。对于PPB，两组均显示0.3分的静态显著和临床意义的改善(PPB的CMI = 0.23分)。然而，就PPB的组成部分而言，平衡显示出组间差异有统计学意义，并且有利于PN组的效应大小适中。研究表明，强调速度的较低负荷对行走和平衡等低力任务的影响比爬楼梯或从椅子上站起来等依赖肌肉力量的任务更大。与该假设一致，尽管20%、40%和80% 1RM的功率有类似的改善，但天平在使用低负载时显示出最大的改善。在PL组中观察到的椅座和手臂弯举肌肉力量的更大改善表明PL组中椅站力量的改善可能主要是由于力量的增加，而不是力量方程的速度分量。

通过加仑罐转移和TUG测量的日常生活活动显示，两组都有10-15%的显著改善，类似于其他力量训练研究报告的力量训练后TUG改善11-18%的情况。通过PROMIS和视频问卷评估的自我报告措施显示，两组之间没有显著差异。PROMIS显示提高了1-2%，视频问卷显示提高了7-11%。评估自我报告功能对力量训练反应变化的其他研究显示，行动受限的老年人有4-14%的适度改善

总体强度维持在大约6级自我感觉疲劳等级(0-10级)，两组之间没有显著差异。这些结果表明，组与组之间的力量、身体机能和日常生活能力的差异不应归因于组与组之间的努力或强度的差异。

自我报告的不良事件与干预“可能相关”或“不相关”。没有一个事件被报道为“绝对相关”。此外，没有任何类别的严重不良事件报告。大多数报告的肌肉骨骼事件是由于现有的损伤，如肩膀和膝盖疼痛。两组的干预依从性约为85%，表明两组对该项目的耐受性良好。

为了分析非劣效性，我们选择了非劣效性(NI)裕度为用于计算样本量的ES的效应大小的一半，达到0.4 ES。基于ITT分析的当前研究的95%置信区间为(-1.1，0.3)，每个方案的分析为(1.0，0.5)。考虑到单侧95%置信区间，ITT分析的气动上限为0.2，每方案分析的上限为0.4。因此，置信区间限制在置信区间范围内，可以推断非劣效性。然而，由于非劣效差没有预先规定，因此应对非劣效进行相应的解释。

3.1.肌肉力量和限制

该研究的肌肉力量包括使用盲法评估者测试所有结果，包括不良事件，使用意向治疗方法进行分析，以及选择和增加权重的实用方法。在科学试验中，盲法是一种被广泛推荐的减少偏倚的策略，尤其是在评估主观结果时。与使用非盲法评估者的试验相比，使用盲法评估者的试验报告的效果更小。ITT分析被认为是优势试验的最佳分析。据我们所知，这是第一次使用ITT方法的力量训练试验。该研究采用了一种实用的方法，即使用视网膜色素上皮细胞来选择训练负荷，并使用视网膜色素上皮细胞和完成的重复次数来增加整个训练期间的负荷。大多数研究使用1RM协议确定训练负荷，并通过每2-4周测试1RM或仅基于完成的重复次数来提高权重。使用主观量表(如视网膜色素上皮细胞)和客观标准(如完成的重复次数)来选择和进行训练负荷，可能有利于改善易患频繁关节不适和肌肉疼痛人群的坚持性。

该研究的局限性包括研究的持续时间、评估的人群以及缺乏对照组。干预期仅为12周，人群仅包括健康的社区生活个体。大多数针对老年人的抗阻训练研究持续时间为8-12周。我们承认12周的时间很短，可能无法准确评估训练计划的合理性和不利影响。因为这项研究使用了独立生活在社区中的老年人，结果可能不适用于功能受限的老年人或那些生活在长期护理机构中的老年人。尽管该研究显示与其他研究相比有类似的改善，并且使用了盲法评估者，但该研究缺乏对照组。尽管如此，持续时间和使用对照的人群相似的研究显示，在对照组中有非常小的负面变化。例如，采用对照组的研究显示，使用CMJ时，下半身力量的变化范围为2%至1.4%，使用胸部按压和药球投掷时，上半身力量的变化范围为0.8%至5.6%，使用椅座时为1.6%，使用拖轮时为1.2%。

3.2结论

经过12周的力量训练，目前的研究表明，专门设计用于进行力量训练的气动机器在提高力量和身体机能方面并不优于传统的平板负载机器。两组都显示出较低的身体力量和身体机能的改善。考虑到进行力量训练所需的简单修改、不良事件的减少以及力量和身体功能的改善，该研究表明，在老年人中使用气动机器或平板负载机器可以安全有效地进行力量训练。

列出的所有不良事件均自我报告为与干预“相关”或“不相关”。肌肉骨骼不良事件分类:轻度事件是指需要参与者降低特定肌肉群的运动量至少2周的任何事件；中度事件是指任何需要停止特定肌肉锻炼至少2周的事件；严重事件是要求参与者退出研究的任何事件。

绝对组间差异、科恩d值、p值和95%置信区间(CI)来自协方差分析，根据基线水平进行调整。d = 0.80或更大的效果被认为是大的，0.50到0.79被认为是中的，0.20到0.49被认为是小的。仅报告效果大小等于或大于0.2。排除辍学者和错过超过25%疗程的受试者。⁎p < 0.05。

气动组推胸变化(3-12周)95%CI（n=17）

气动组腿举变化(3-12周)95%CI（n=17）

图A.1气动组（PN）每周变化功率

译者：体能训练学院2020级研究生—叶莉琼

校译：张鹏 胡晓慈

August 2017 Experimental Gerontology 98

DOI: 10.1016/j.exger.2017.08.009